1樓：中地數媒
灌注水泥漿是複雜地層鑽進常用的護壁堵漏方法。地層坍塌到一定程度，單純的泥漿已無法滿足護壁要求時，通常需要採用水泥漿固結護壁，如：馬坑鐵礦zk7924孔施工中，孔深218.
41～277.68m，地層破碎，裂隙發育，出現掉塊坍塌現象，採用水泥固結，取得良好效果。
灌注水泥漿固結護壁也是一項技術性很強的工作，必須精心操作，任何的麻痺大意、操作不當都將造成護壁失敗，甚至引發嚴重的孔內事故。仍以馬坑鐵礦zk7924孔為例：用φ95mm繩索取心鑽具自孔深324.
59m鑽進至438.28m時，因孔壁嚴重坍塌，採用優質泥漿起不到護壁效果，故用水泥固結法護壁，在孔深438.28m處灌注水泥10包（500kg），掃水泥剩1.
5m時，換φ95mm繩索取心鑽具掃孔；因衝孔迴圈時間不夠、孔內水泥渣過多、下鑽速度過快等操作不當，發生重大埋鑽事故；經過多種方法長時間處理無效，最後採用偏斜的方法繞開事故孔段，孔內殘留φ95鑽具外管一套4.72m及φ89繩索取心鑽桿51.34m，共計56.
06m。
針對灌注水泥漿固結護壁出現的護壁失敗或效果差、掃水泥偏斜出新孔等主要問題，在馬坑鐵礦第四階段的勘查鑽探中，吸收國內相關研究成果與工程實踐，開展了灌注水泥漿護壁堵漏方法的深化研究。
9.4.1 水泥漿液材料與配製
（1）水泥漿配比及材料
水泥漿液水灰比一般0.45～0.55，氣溫低時選擇低值，氣溫高時選擇高值。
灌注水泥漿前要在地面做好小型試驗（測定初凝和終凝時間、流動度、可泵期、抗壓強度等），優選出合適的水灰比。
1）水泥：一般為32.5～42.
5級普通矽酸鹽水泥。對岩石細裂隙，可採用超細水泥（具有較好的滲透效能、較高的強度和較好的耐久性）。在滿足強度要求下，可用磨細粉煤灰或粗灰部分替代水泥，摻入量一般為水泥質量的20%～50%，實際摻入量應經試驗確定。
2）可摻加外加劑調節和改善水泥漿在灌漿時的流動度和可泵期。減水劑（分散劑）應儘量選用不降低水泥強度的「速凝型」品種。外加劑摻加量為水泥質量的百分比，見表9.12。
表9.12 常用摻加外加劑作用及摻加量表
3）配漿要用清潔淡水，其溫度一般不要超過30℃。
（2）漿液的配製
水泥漿宜採用機械攪拌，攪拌機拌制能力必須滿足需要。常用水泥漿攪拌機有：dc100型雙桶立式灰漿攪拌機，nj-500型或nj-250型臥式攪拌機，泵射式水力攪拌機等。
1）漿液製備宜在灌漿前1h內進行。攪拌時間應小於漿液的初凝時間，一般時間不超過2min。使用減水劑時，應先將減水劑溶於水，然後再加入水泥漿中；新增氯化鈉時，應在水泥漿基本和勻後再加入。
2）攪拌均勻後用鋼絲網濾去硬塊、砂等雜質，以免堵塞管路。不合格或自制備到使用超過2h的漿液不得使用；
3）漿液經充分攪拌後開始壓注。在灌漿過程中，要不停地緩慢攪拌，不得在漿液稠化過程中加水。
（3）常用水泥漿液配方（表9.13）
表9.13 常用封閉漏失層裂隙的水泥漿液表（配方參考）
9.4.2 水泥漿灌注方法分析
水泥漿的灌注方法有孔口倒入法、雙塞灌注法、鑽桿送入法、鑽桿注入+擠壓法等（表9.14）。對於灌注水泥漿進行深孔護壁堵漏而言，應採用泵送法（包括一次灌注法、分段注入法、加壓注漿法和充填注漿法），也可以用灌注器輸送和導管注入。
嚴禁從孔口直接倒入。
表9.14 灌注水泥漿的方法
9.4.3 利用鑽桿泵灌水泥漿應注意的幾個問題
（1）鑽桿下入深度或位置
通過表9.15分析，建議採用鑽桿灌注水泥漿時，鑽桿應下至欲固結護壁或堵漏的孔段下方，同時採用以下措施解決灌注中可能出現的問題：
1）如果水泥漿漏失嚴重，考慮通過改變漿液配比解決，如新增纖維或其他增加流動阻力的材料。
表9.15 鑽桿灌注水泥漿的方法選擇與分析
注：混漿——水泥漿與泥漿混合，影響水泥漿質量，降低固結強度。
2）灌注後，提升鑽桿時漿液向孔內回壓問題的解決：灌注時，邊注漿邊提升鑽桿至需灌注孔段的上方。
（2）一次灌注孔段長度的確定
一般針對鑽孔各漏失孔段的情況分別進行，每一漏失孔段壓漿封閉時間原則是鑽穿該漏失層至完整孔段後開始。
一次灌注孔段長度應根據地層軟硬情況、水泥漿凝固強度增長速度、掃水泥石工藝水平等綜合確定。只有灌注孔段的岩層完整、強度可靠，才可長孔段灌注水泥漿。
在地層比較鬆軟、破碎的情況下，應控制一次性灌注孔段的長度，一般不超過15～20m。否則，容易因掃水泥時間過長，使下部孔段水泥石的強度高於岩層而掃出新孔。
（3）替水量的確定原則
灌注水泥漿護壁時，採用水泵注漿法灌注，灌漿完畢應立即替入清水。替漿量應力求適當，將漿液壓送到預定位置而又不被稀釋，才能確保灌漿成功。替漿水確定原則是：
壓送替漿水、卸除主動鑽桿後，鑽桿內外液柱（水泥漿+泥漿）壓力相平衡。
（4）水泥漿的可灌期和候凝時間選擇
1）根據灌注孔段深度和灌注方法、工藝選擇適當的可灌期。水泥漿的可灌期可用改變減水劑加量或水灰比的方法來調節。依經驗，最小可泵期為：
孔深≤250m為30min，孔深250～500m為40min，孔深500～800m為50min，≥800m為60min。
2）候凝時間以36～72h為宜，地層鬆軟選用小值，地層完整可選大值。實踐表明，候凝時間過短，水泥石強度不足，水泥與孔壁的固結體會因強度過小而受到破壞，失去堵漏或護壁的目的；過長，水泥石強度較高，易在鬆軟孔段掃出新孔。
（5）掃水泥的措施要得當
1）掃孔內水泥石宜採用側刃不鋒利的全面鑽頭，最好是金剛石不取心全面鑽頭。儘量不用取心鑽具鑽取水泥石。
當採用鑽具掃孔時，若掃孔鑽具長度與原粗徑鑽具相近，上端宜帶導正；若已透小眼，可在鑽具下端帶導正。
2）下鑽要平穩，防止碰撞孔壁。
3）掃水泥時應輕壓、慢轉、較大泵量，鑽速快時適當控制鑽壓。每掃一根單根後，要慢轉衝孔5min左右，再提鑽加杆。發現進尺異常要提鑽檢查。
4）掃完水泥石後，應用大泵量沖洗鑽孔，送入孔內迴圈的沖洗液量不少於鑽孔容積的3倍，以全面清除孔內懸浮的水泥渣。
（6）灌注水泥漿需注意的其他事項
1）按照灌注孔段情況，確定各種材料用量。
2）灌漿前必須充分沖刷孔壁上的泥皮。
3）灌漿前必須準備充分，分工明確，指揮統一，動作協調、迅速，全部漿量必須一次灌完。
4）泵完水泥漿後，必須立即泵入事先計算好的清水量，替出水泵、鑽桿中的水泥漿液，並將水泵、送水管、鑽桿沖洗乾淨。
9.4.4 提高水泥漿堵漏效果的思路與途徑**
為了使灌注的水泥漿有效封堵漏失層中的裂隙、孔隙，阻斷鑽孔與地層之間的流動通道，必須在預定深度範圍內形成具有一定滲透半徑、較高強度的阻水帶。
（1）基本思路
1）水泥漿漿液以填充、滲透和擠密等方式，趕走巖體裂隙、孔隙中的水分和空氣後佔據其位置。
2）水泥漿液能在漏失層的裂隙、孔隙中停留，並經一定的時間後與原鬆散的土粒或裂隙膠結成一個整體，形成結構新、強度大、防水效能高和化學穩定性好的「結石體」。
（2）主要途徑
1）對裂隙、孔隙小的漏失層採用壓力注漿，其封堵機理可歸納為：滲透、劈裂、壓密和固結等。
2）對裂隙、孔隙大的漏失層採用平衡或增阻（增加漿液流動阻力）灌漿，其封堵機理可歸納為：進入、留置和固結等。
3）保證注漿加固範圍——漿液影響半徑（有效擴散半徑）：在最大限度地掌握鑽遇地層裂隙發育程度的同時，準確測量鑽孔內靜止水位，合理確定封堵裂隙水泥漿用量。
（3）主要方法
1）封閉式壓漿堵漏。採用專用機具封閉漏失層上、下孔段後，壓送水泥漿至漏失層，並保持一定的漿液壓力，使漿液滲透一定的距離。適用於封堵張性裂隙漏失。
2）岩溶裂隙壓力注漿封閉。藉助「帷幕灌漿」原理進行區域性破碎、裂隙漏失帶封閉，基本方法是泵送灌滿欲封閉孔段後繼續壓漿。適用於裂隙、漏失孔段較長的情況。
3）水泥砂漿灌注法。主要採用水泥砂漿封堵較大的地下水力通道，適用於破碎、裂隙發育的基岩孔段封閉。
（a）探明破碎帶孔段位置：根據鑽孔鑽取的岩心、鑽進過程中沖洗液的漏失情況進行綜合判斷，確定破碎帶的孔深位置、孔段長度及主要特徵。
（b）按確定的漏失孔段長度計算封堵材料——水泥砂漿用量；
（c）下入繩索取心鑽桿，將拌制好的水泥砂漿從孔口倒入鑽桿內。
（d）倒入孔內的水泥砂漿達到封堵破碎裂隙帶所需要的漿液量後，開泵壓送替漿水。
4）纖維水泥堵漏。採用水泥漿堵漏，在裂隙性地層、洞穴或高滲地層中容易出現水泥漿漏失的難題。實踐表明，當孔洞直徑為5 mm時，水灰比0.5～0.55的純水泥漿將會全部漏失。
纖維水泥漿由水泥漿加入長度9～12 mm的纖維製成。堵漏作用機理：纖維水泥漿通過漏失通道時，纖維在孔洞處形成封堵漏失通道的基本網狀骨架，水泥漿中粗顆粒在通過網狀結構時產生「架橋」，使漏失通道由大變小、由小變微。
進而，防漏劑與水泥固相顆粒相互作用，並在壓差的作用下形成緻密濾餅、固結，從而完全消除漏失，達到堵漏目的。
當孔洞直徑變小時，可以降低纖維加量或減小纖維長度；當孔洞直徑變大時，可以增加纖維加量或加大纖維長度。
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